室外可見(jiàn)光通信快速似然檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

1、可見(jiàn)光通信（Visible Light Communication,VLC）有效緩解了無(wú)線電頻譜緊張的矛盾，同時(shí)具有節(jié)能環(huán)保、安全健康和深度覆蓋等優(yōu)點(diǎn)。除了應(yīng)用于室內(nèi)高速通信，可見(jiàn)光通信也被廣泛應(yīng)用于汽車間通信、路燈與行人間通信、燈塔與船舶間通信等室外場(chǎng)景。室外可見(jiàn)光通信（Outdoor Visible Light Communication,OVLC）受大氣湍流、吸收等因素影響，造成光強(qiáng)隨機(jī)變化，嚴(yán)重影響其傳輸性能。本文重點(diǎn)研究室外可

2、見(jiàn)光通信的信號(hào)設(shè)計(jì)與檢測(cè)算法，主要研究?jī)?nèi)容和研究成果總結(jié)如下：
　　1.針對(duì)室外可見(jiàn)光通信信道大氣環(huán)境復(fù)雜多變，影響因素眾多，對(duì)光信號(hào)造成隨機(jī)衰減的問(wèn)題，提出了針對(duì)室外可見(jiàn)光通信的信道信號(hào)聯(lián)合快速盲似然檢測(cè)算法。分析了室外可見(jiàn)光通信大氣信道的特點(diǎn)，介紹了不同湍流條件下的典型信道模型。利用可見(jiàn)光信道和信號(hào)的特點(diǎn)，提出了針對(duì)室外可見(jiàn)光通信的信道信號(hào)聯(lián)合快速盲似然檢測(cè)算法。該算法對(duì)信號(hào)的平方和函數(shù)進(jìn)行搜索，把信號(hào)窮搜索問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性搜索

3、問(wèn)題，把聯(lián)合檢測(cè)算法的復(fù)雜度轉(zhuǎn)化為對(duì)信號(hào)排序的復(fù)雜度。為進(jìn)一步降低算法的復(fù)雜度，通過(guò)利用判決函數(shù)為凸函數(shù)的特性，提出了改進(jìn)的聯(lián)合盲似然檢測(cè)算法，將搜索的復(fù)雜度降低了一半。為解決聯(lián)合盲似然檢測(cè)算法存在的錯(cuò)誤平板效應(yīng)問(wèn)題，提出了添加單比特非零訓(xùn)練碼元和序列編碼等兩種方法來(lái)消除平板的方法。仿真表明，聯(lián)合快速盲似然檢測(cè)算法在信道估計(jì)準(zhǔn)確程度、檢測(cè)性能方面均優(yōu)于現(xiàn)有的均值算法，所提的兩種方法均可以消除平板效應(yīng)。
　　2.針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)

4、時(shí)處理和低復(fù)雜度的要求，研究了基于單比特訓(xùn)練的信號(hào)檢測(cè)方法，提出了雙門(mén)限的快速似然檢測(cè)算法。建立了基于單比特訓(xùn)練的信號(hào)模型，分析系統(tǒng)模型中的噪聲特性，給出了ZF-ZF和ZF-ML兩種檢測(cè)方法，分析了接收信號(hào)關(guān)于發(fā)送信號(hào)的條件概率密度函數(shù)，提出了雙門(mén)限的快速最大似然檢測(cè)方法。詳細(xì)推導(dǎo)了基于重復(fù)編碼的MISO系統(tǒng)采用ZF-ML檢測(cè)器時(shí)的誤碼率解析式，證明了ZF-ML檢測(cè)算法可以實(shí)現(xiàn)全分集。在光功率受限條件下，以誤碼率最小為準(zhǔn)則，證明了誤碼率

5、為訓(xùn)練碼元功率與數(shù)據(jù)碼元功率的凸函數(shù)，給出了訓(xùn)練碼元和數(shù)據(jù)碼元的最優(yōu)功率分配方案；仿真表明，ZF-ML檢測(cè)算法的性能優(yōu)于ZF-ZF，且可以實(shí)現(xiàn)全分集，通過(guò)功率分配，信道的估計(jì)準(zhǔn)確程度和系統(tǒng)的誤碼率得到了明顯的提升。
　　3.設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了50米10Mbps的室外可見(jiàn)光通信傳輸系統(tǒng)，驗(yàn)證了聯(lián)合盲似然檢測(cè)算法和單比特訓(xùn)練快速似然檢測(cè)算法在不同的環(huán)境下均具有較好的檢測(cè)性能。設(shè)計(jì)了室外可見(jiàn)光通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通道電路和光學(xué)前端。測(cè)量了LED的